三維雕刻機(jī)的刀頭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）(2015 屆)三維雕刻機(jī)的刀頭控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系 電子信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 指導(dǎo)教師 助教 2015 年 5 月學(xué)號(hào)：11084410922015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要三維雕刻機(jī)的刀頭控制系統(tǒng)是三維雕刻機(jī)控制的主要核心，它控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系著三維雕刻機(jī)的加工質(zhì)量和加工效率，對(duì)雕刻機(jī)的性?xún)r(jià)比有著重要的影響。本論文在對(duì)三維雕刻機(jī)的刀頭系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)以 STC89C52 單片機(jī)為處理器的控制系統(tǒng)解決方案，充分利用 STC89C52 單片機(jī)處理器的高速運(yùn)算能力，大大減少了系統(tǒng)的外圍接口器件，有效的降低系統(tǒng)成本。同時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)作了詳細(xì)說(shuō)明。電源的選型及設(shè)計(jì)、1602LCD 液晶顯示模塊及鍵盤(pán)的應(yīng)用設(shè)計(jì)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)等。軟件部分包括應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、液晶顯示、鍵盤(pán)操作、電機(jī)控制等。同時(shí)利用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真和調(diào)試。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；STC89C52；驅(qū)動(dòng)電路2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）Abstract3D carving machine control system of the cutting tools of 3D engraving machine as control core, the performance of the control system of 3D carving machine has a close relationship with the machining quality and efficiency, and has an important influence for engraving machine price. In this paper the three-dimensional carving machine system structure principle and function of the realization of the cutting tools, on the basis of analysis, put forward a STC89C52 single-chip microcomputer as the processor control system solutions, make full use of the high-speed computing power of STC89C52 singlechip processor, greatly reduces the system's peripheral interface devices, effectively reduce the system cost.Also illustrates in detail the hardware development of the whole system: the power of selection and design, the application of 1602 LCD liquid crystal display module and keyboard design, motor drive circuit design, etc. Software part includes the design of the application, the design of the application including device drivers, liquid crystal display, keyboard operation, motor control, etc. At the same time by using the simulation software for simulation system design and debugging.Keywords:Motion control system; STC89C52; Driver circuitI2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）目 錄摘要 IABSTRACT.II目錄 III1 緒論 11.1 研究背景 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 研究目的與意義 21.4 本章小結(jié) .22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 22.1 設(shè)計(jì)要求 22.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .32.3 本章小結(jié) .33 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 43.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .43.2 顯示電路設(shè)計(jì) .63.3 控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 93.4 本章小結(jié) .114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .114.1 主程序 114.2 按鍵子程序 124.3 液晶 LCD1602 顯示子程序 134.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序 144.5 本章小結(jié) 165 聯(lián)調(diào)與測(cè)試 .165.1 硬件調(diào)試 165.2 軟件調(diào)試 175.3 本章小結(jié) 19致謝 .20II2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）參考文獻(xiàn) .21附錄 A：系統(tǒng)仿真模擬圖 .22附錄 B：系統(tǒng)源程序 .23IIIIV2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）11 緒論1.1 研究背景隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)物質(zhì)基礎(chǔ)的無(wú)限追求，雕刻機(jī)在近些年不斷發(fā)展。其中，從一開(kāi)始的直線(xiàn)雕刻，到后來(lái)的二維坐標(biāo)雕刻，那么現(xiàn)在我們將雕刻做到三維立體坐標(biāo)，那么它將實(shí)現(xiàn)那些功能。主要用于壓克力，大理石，PVC 制卡，木材，玉石等材料的大力切割，3D 字、文字、圖案、浮雕，外觀造型、鑲嵌、廣告工藝美術(shù)品、胸牌、非金屬或銅、鋁都可進(jìn)行精細(xì)雕刻制作，是店面廣告裝飾行業(yè)不可缺少的好幫手?，F(xiàn)在各種樓模進(jìn)行逼真原樣打造，外形逼真，線(xiàn)條流暢，工藝含量高，而且時(shí)尚，典雅，適合用于各種商業(yè).慶典活動(dòng)的紀(jì)念品。那么本次設(shè)計(jì)的課題是利用 stc89c52 單片機(jī)為主控系統(tǒng)，來(lái)控制由場(chǎng)效應(yīng)管搭建而成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)作。利用步進(jìn)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)為角度轉(zhuǎn)動(dòng)，更好的控制雕刻運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的精度要求。同時(shí)，三維雕刻機(jī)刀頭控制運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在后續(xù)會(huì)有較大的延展性。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)際發(fā)展研究方向1938 年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問(wèn)世，1950 年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。隨后美國(guó)、日本等國(guó)也開(kāi)始 研制[2]。20 世紀(jì) 90 年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從 2D- 2.5D-3D 加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展研究方向雕刻可以追溯到我國(guó)遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我們國(guó)家北宋時(shí)期就發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇 。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的雕刻藝術(shù)日益精湛，紅木雕、篆刻、玉雕、象牙雕、泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱(chēng)一絕。傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門(mén)技術(shù)性要求很高的手工技藝， 雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平， 所以生產(chǎn)的效率低、成本高，制品的隨意性強(qiáng)、一致性差， 嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展 [3]。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。而就是從上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，機(jī)械雕刻在我過(guò)開(kāi)始發(fā)展并獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2也日漸廣泛 [4]。大到樓房建筑的裝飾，小到商店門(mén)前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用無(wú)處不在。1.3 研究目的與意義隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，雕刻機(jī)成為我們現(xiàn)代人與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)工具,它省時(shí)省力又環(huán)保，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛 [1]。近幾年來(lái)中國(guó)的雕刻機(jī)迅速地發(fā)展著，從以前的手工雕刻轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的機(jī)器雕刻。雕刻機(jī)給人們帶來(lái)了巨大的方便，不僅節(jié)省了雕刻時(shí)間，還提高了雕刻的工藝，雕刻機(jī)的出現(xiàn)也帶動(dòng)了許多行業(yè)的發(fā)展，像藝術(shù)玻璃雕刻機(jī)、木工雕刻機(jī)、石材雕 刻機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)等等。三維雕刻機(jī)刀頭控制系統(tǒng)其實(shí)就是雕刻機(jī)執(zhí)行部件的控制系統(tǒng)，主要是研究如何通過(guò)手動(dòng)設(shè)置三維坐標(biāo)并且利用 X 軸、Y 軸、Z 軸三個(gè)步進(jìn)電機(jī)達(dá)到設(shè)定坐標(biāo)位置。其中，可以預(yù)期達(dá)到的目的是，設(shè)定一個(gè)坐標(biāo)，就可以到達(dá)一個(gè)坐標(biāo)。1.4 本章小結(jié)本章主要是對(duì)雕刻機(jī)的初步的介紹，通過(guò)雕刻機(jī)的發(fā)展史，對(duì)三維雕刻機(jī)有全面的認(rèn)識(shí)，從中國(guó)古代的雕刻技術(shù)到國(guó)外的第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)的誕生，可以看出三維雕刻機(jī)正在向一個(gè)全新的方向發(fā)展，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維雕刻機(jī)技術(shù)也不斷的進(jìn)步，越來(lái)越多地在我們的生活中起到極其重要的作用。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)有五個(gè)模塊，分別是輸入模塊，顯示模塊，控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，執(zhí)行模塊。2.1.1 輸入模塊的要求本模塊總共有九個(gè)按鍵，其中六個(gè)按鍵為 X、Y、Z 軸的數(shù)字輸入鍵，對(duì)此的要求為對(duì)應(yīng)按鍵按下對(duì)應(yīng)數(shù)字顯示加“一”或減“一” ，另外三個(gè)分別是，開(kāi)始、暫停/繼續(xù)、原點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的要求是，按下“開(kāi)始”按鍵控制模塊執(zhí)行電機(jī)運(yùn)動(dòng)；按下“暫停/繼續(xù)”按鍵控制模塊暫停電機(jī)運(yùn)動(dòng)，再按一次“暫停/繼續(xù)”按鍵則電機(jī)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；按下“原點(diǎn)”按鍵（在電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束才按此鍵）則對(duì)應(yīng)要求為，電機(jī)運(yùn)動(dòng)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)后回到原點(diǎn)。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）32.1.2 顯示模塊的要求本模塊為 LCD1602 液晶顯示屏，系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)，在兩行顯示里分別顯示“HF Normal Univ.“和“Zhang Shouxiang“，顯示結(jié)束后停頓一下繼續(xù)分別顯示“X： ，Y： ，Z： ”和“O：（ 0，0，0） ”，輸入模塊輸入可在上面顯示即可。2.1.3 控制模塊的要求本模塊為 stc89c52 單片機(jī)，主要功能就是接受輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行輸出給顯示模塊顯示、給驅(qū)動(dòng)模塊使執(zhí)行模塊運(yùn)動(dòng)。其中還配有復(fù)位和中斷功能。2.1.4 驅(qū)動(dòng)模塊的要求本模塊為場(chǎng)效應(yīng)管組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要實(shí)現(xiàn)的功能為將單片機(jī)輸出的高低電平轉(zhuǎn)化為方波脈沖信號(hào)進(jìn)而來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。其中，場(chǎng)效應(yīng)管的供電與電機(jī)供電相同，接地需用 0 歐姆電阻與數(shù)字地相連。2.1.5 執(zhí)行模塊要求本模塊為三個(gè)步進(jìn)電機(jī)組成，其主要功能為接收驅(qū)動(dòng)電路輸出的方波脈沖進(jìn)行電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)三個(gè)電機(jī)分別控制 X、Y、Z 三軸，其中，X 和 Y 軸是直接控制上下和左右，而 Z 軸而是通過(guò)控制工作平面臺(tái)來(lái)控制前后的實(shí)現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖 2-1 為系統(tǒng)電路的整體框圖，包括 stc89c52 的單片機(jī)最小系統(tǒng)，LCD1602 液晶顯示模塊，按鍵鍵盤(pán)輸入模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊和執(zhí)行電機(jī)模塊。圖 2-1 系統(tǒng)整體電路框圖2.3 本章小結(jié)2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4通過(guò)本章的介紹，可以了解到系統(tǒng)總體的情況，且知道系統(tǒng)總共可分為五個(gè)模塊，五個(gè)模塊都有各自的功能和性能特點(diǎn)，其中驅(qū)動(dòng)模塊是利用場(chǎng)效應(yīng)管集合組成，利用其將高低電平變成連續(xù)方波脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，系統(tǒng)的整體電路框圖也是十分的清晰和實(shí)用的。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1.1 STC89C52 單片機(jī)主要特性1、對(duì)于單片機(jī)，它是 8 位的微性處理器。2、對(duì)于單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，是可以用來(lái)存放可讀的數(shù)據(jù)或可寫(xiě)的數(shù)據(jù)，比如運(yùn)算的中間結(jié)果和最終結(jié)果以及我們想要顯示的數(shù)據(jù)等等，SST89 系列單片機(jī)是可以為我們額外提供 1K 的 RAM。3、對(duì)于單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器，是可以為我們所用來(lái)存放程序和其中的部分原始數(shù)據(jù)和必要的表格。在單片機(jī)中可能也有一些它們的內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，比如8031，8032，80C31 等等。在我看來(lái)對(duì)于單片機(jī)的 RAM 和 ROM 都集成起來(lái)應(yīng)用是目前單片機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，這樣不僅方便了廣大用戶(hù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)并且提高了單片機(jī)系統(tǒng)的抗騷擾性。對(duì)于 SST 公司當(dāng)前開(kāi)發(fā)出的 89 系列，其中包括 16K、32K、64K Flash 的存儲(chǔ)器，這么多的種類(lèi)可以提供給廣大的消費(fèi)者根據(jù)自己的需求進(jìn)行挑選使用。4、對(duì)于單片機(jī)它是有四個(gè) 8 位的輸入和輸出的接口 P0~P3，既可輸入，也可輸出。5、對(duì)于單片機(jī)它是有兩個(gè)定時(shí)器或者是兩個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器和每個(gè)計(jì)數(shù)器都可來(lái)計(jì)數(shù)，也可用來(lái)定時(shí)，并且根據(jù)計(jì)數(shù)和定時(shí)的結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)的控制。在設(shè)計(jì)串行通信中，我們會(huì)在 52 系列單片機(jī)中提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。6、此次的單片機(jī)它是有 5 個(gè)中斷源組成的中斷控制系統(tǒng)。但現(xiàn)在新出的單片機(jī)都大于 5 個(gè)中斷源，例如 SST89E58RD 它就是 9 個(gè)中斷源。7、對(duì)于單片機(jī)它是一個(gè)全雙工 UART 的串行輸入和輸出接口，它的功能主要你是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和微機(jī)的串行通信。8、對(duì)于單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器，振蕩頻率最大為 12MHz。SST89V58RD 的振蕩頻率最大為 40MHz，這樣可以很好的加快指令執(zhí)行的速度。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）5P1.0234/MOSI67CK8RET9XALVNU供圖 3-1STC89C52 單片機(jī)引腳圖STC89C52 單片機(jī)部分引腳的說(shuō)明：1、時(shí)鐘電路 XTAL1 引腳和 XTAL2 引腳：XTAL2：此引腳是 18 腳，它是連接外部晶體和微調(diào)電容的其中一端；振蕩電路在單片機(jī)內(nèi)部它是反相放大器的輸出端，其中單片機(jī)的振蕩電路頻率和晶體固有頻率是一致的。如果此引腳在外部輸入時(shí)鐘脈沖的話(huà)則可以使用外部時(shí)鐘電路。如果用示波器檢查 XTAL2 端是有脈沖信號(hào)輸出，那么此次振蕩電路是正常在工作。XTAL1：此引腳是 19 腳，它是連接外部晶體和微調(diào)電容的其中另一端；在單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路的反相放大器輸入端是此引腳。當(dāng)單片機(jī)使用外部時(shí)鐘，此引腳要接地。2、單片機(jī)控制信號(hào)的引腳 RST：RST：此引腳為 9 腳，如果需要復(fù)位信號(hào)則它是輸入端，有效的電平為高電平。如果輸入端使用備用電源時(shí)，主電源 Vcc 也同時(shí)發(fā)生故障，低電平降低到一定值時(shí)，＋5V 電源自動(dòng)生成兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，復(fù)位的操作過(guò)程基本結(jié)束。RST 引腳的第二個(gè)功能就是接入 RST 端，是 RAM 的備用電源，主要功能是保護(hù) RAM 中的信息完整，為了單片機(jī)在復(fù)位后可以正常運(yùn)行操作。3、本統(tǒng)設(shè)計(jì)將單片機(jī)的所有可用 32 個(gè)引腳全部用完，其中每個(gè)模塊的引腳分別是：按鍵模塊共需要 9 個(gè)引腳，分別為 P1.3~P1.7 和 P3.0~P3.3；顯示模塊共需要 11 個(gè)引腳，分別為 P0.0~P0.7 和 P1.0~P1.2；2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）6驅(qū)動(dòng)模塊共需要 12 個(gè)引腳，分別為 P2.0~P2.7 和 P3.4~P3.7。3.1.2STC89C52 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)STC89C52 系列單片機(jī)內(nèi)部中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源，它還有 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)，可用來(lái)二級(jí)中斷的嵌套。單片機(jī)內(nèi)部特殊的功能寄存器，寄存器中斷可以使寄存器 IE 控制 CPU來(lái)控制可不可以響應(yīng)中斷；各個(gè)中斷源的優(yōu)先和滯后是有可以用中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP安排的；如果屬于同樣的優(yōu)先級(jí)同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，我們可以通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的邏輯進(jìn)行查詢(xún)，從而來(lái)判斷誰(shuí)先誰(shuí)后。在 STC89C52 系列單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，常常需要控制一定的時(shí)間，比如規(guī)定一段時(shí)間輸出、規(guī)定一段時(shí)間開(kāi)始檢測(cè)、規(guī)定一段時(shí)間來(lái)進(jìn)行掃描等等；對(duì)外部發(fā)生的事件也要經(jīng)常計(jì)算數(shù)據(jù)。STC89C52 單片機(jī)內(nèi)部會(huì)有兩個(gè)可編程的定時(shí)和計(jì)數(shù)器可供使用：T0 和 T1，它們的主要功能就是可以定時(shí)工作而且還可以在外部工作，同時(shí)可以處于計(jì)數(shù)模式。與此同時(shí)，波特率發(fā)生器是由 T1 用作串行口的。3.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) P1.034/MOSI7CK8RET9XALVNU供+YHZpFuW-B圖 3-2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖圖 3-3 為 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖，單片機(jī)的最小系統(tǒng)有單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成，時(shí)鐘電路挑選的是 12MHZ 的晶振來(lái)提供時(shí)鐘，主要功能是給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)間的參考標(biāo)準(zhǔn)。其中，機(jī)器周期的時(shí)間就是執(zhí)行一條基本的指令所需2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）7要是時(shí)間。STC89C52 單片機(jī)的復(fù)位電路，它的功能就是按下復(fù)位按鍵單片機(jī)可以恢復(fù)到初始的工作狀態(tài)。圖中 10K 排阻為 P0 口的上拉電阻，因?yàn)槁O開(kāi)路結(jié)構(gòu)的 P0 口跟其它 IO 結(jié)構(gòu)不同，如果要讓它正常使用則必須加上上拉電阻。3.2 顯示電路設(shè)計(jì)3.2.1 液晶模塊簡(jiǎn)介液晶 LCD1602 模塊使用的控制器是 HD44780，HD44780 控制器的指令集不僅簡(jiǎn)單而且功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行字符的移動(dòng)和字符閃爍，LM016L 與 MCU 通訊是用 8 位并行傳輸或 4 位并行傳輸兩種方式，兩個(gè) 8 位的寄存器組成了 HD44780 控制器，一個(gè)是數(shù)據(jù)寄存器，另一個(gè)是指令寄存器。指令寄存器僅僅用于寄存的指令碼，只能寫(xiě)入數(shù)據(jù)不能讀出數(shù)據(jù)。寄存數(shù)據(jù)的是 DR，DDRAM 與 CGRAM 中的數(shù)據(jù)都是由內(nèi)部操作自動(dòng)寫(xiě)入的，或者臨時(shí)存儲(chǔ)是從 DDRAM 和 CGRAM 讀出的數(shù)據(jù)，當(dāng) BF 顯示的值為 1 的時(shí)候，是位于內(nèi)部模式，接受的數(shù)據(jù)和外部的操作不會(huì)響應(yīng)。用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符是放在 DDTAM 中，它可以存儲(chǔ) 80 個(gè)字符碼，CGROM 是由 8 位字符碼生成的 5*7 點(diǎn)陣字符 160 種和 5*10 點(diǎn)陣字符 32 種。8 位的字符，其中編碼和字符都是一一對(duì)應(yīng)的， CGRAM 是可以編寫(xiě)特殊字符的，容量為 64 個(gè)字節(jié)，它可分為 8 個(gè) 5 乘 7 點(diǎn)陣的字符或者 4 個(gè) 5 乘 10 點(diǎn)陣的字符，AC 存儲(chǔ)的位置是 DDRAM 和 CGRAM 的地址中，如果將地址碼和指令一起寫(xiě)入 IR 中,那么地址碼會(huì)被 IR 自動(dòng)的撞在 AC 中，當(dāng)然，放在 DDRAM 和 CGRAM 中也是可以的，液晶LCD1602 模塊的引腳圖如圖 3-4 所示。圖 3-3 LCD1602 引腳圖液晶寄存器選擇控制如表 3-1。表 3-1 寄存器選擇控制RS R/W 操作說(shuō)明0 0 寫(xiě)入指令寄存器（清除屏等）2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）80 1 讀 busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0~DB6）值1 0 寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）1 1 從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.2.2 液晶顯示部分和 STC89C52 的接口數(shù)據(jù)線(xiàn)是用 STC89C52 的 P0 口，LCD 的 EN 為 P1.2、R/W 為 P1.1、RS 為 P1.0。EN是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的信號(hào)是 R/W 來(lái)完成的，寄存器的選擇信號(hào)是由RS 來(lái)完成的，此模塊的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是下面這些：顯示模塊如何進(jìn)行初始化，剛剛開(kāi)始的清理屏幕，接著把數(shù)據(jù)為 8 位的接口設(shè)置好，并且以單行數(shù)顯示出來(lái)，字型是 5 乘 7的基礎(chǔ)點(diǎn)陣，再然吧整體顯示設(shè)置好，不讓光標(biāo)和字體閃爍,最后把正向增量方式設(shè)置好并且不移動(dòng)它的位置。可以把字符送向 LCD 的顯示緩沖區(qū)當(dāng)中，2 個(gè)字符的數(shù)組可用于程序當(dāng)中，第一行顯示學(xué)校名稱(chēng)，另一個(gè)顯示作者名字，要顯示的字符和數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后可以統(tǒng)一顯示.。首先取一個(gè)要顯示的字符和數(shù)據(jù)送到 LCD 的顯示緩沖區(qū)，程序需延時(shí) 2.5ms,判斷是否能夠顯示的個(gè)數(shù)，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)。如圖 3-4 所示。P34/MOSI6CKRET9XALVNU供+WDBlcd圖 3-4LCD1602 與 STC89C52 的接口3.3 控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.3.1按鍵控制電路2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）9按鍵電路主要采用基本按鍵，高電平和低電平來(lái)控制所需輸入的數(shù)據(jù)。其中X11,X00，Y11，Y00，Z11，Z00為輸入控制數(shù)字鍵，KS,ZT,YD為運(yùn)行功能鍵。其中各個(gè)按鍵的功能如下：X11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸的數(shù)值“加”；X00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸的數(shù)值“減”；Y11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)Y軸的數(shù)值“加”；Y00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)Y軸的數(shù)值“減”；Z11按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)Z軸的數(shù)值“加”；Z00按鍵的功能為電機(jī)驅(qū)動(dòng)Z軸的數(shù)值“減”；KS按鍵的功能為開(kāi)始驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；ZT按鍵的功能為暫停電機(jī)運(yùn)動(dòng)；YD按鍵的功能為電機(jī)回歸原處。圖3-5 按鍵控制布局3.3.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)于驅(qū)動(dòng)電路是利用場(chǎng)效應(yīng)管的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于一個(gè)電機(jī)有四根輸入端，則利用四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)工作。則本設(shè)計(jì)利用的場(chǎng)效應(yīng)管則是MOS場(chǎng)效應(yīng)管（增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管），下面就讓我們來(lái)介紹一下這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管。驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管的使用。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，電機(jī)的某一路線(xiàn)圈就會(huì)導(dǎo)通，通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒(méi)有2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）10到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。這樣一來(lái)我們就可以利用單片機(jī)生成的高低電平來(lái)產(chǎn)生脈沖方波。這樣一來(lái)我們就可以使得步進(jìn)電機(jī)根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生的脈沖方波來(lái)進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)。其中下圖為驅(qū)動(dòng)電路仿真圖和驅(qū)動(dòng)電路模擬仿真圖：圖3-6 驅(qū)動(dòng)電路仿真圖3-6 驅(qū)動(dòng)電路模擬仿真3.4 本章小結(jié)本章主要是對(duì)設(shè)計(jì)中的最小系統(tǒng)單片機(jī) STC89C52，顯示模塊的液晶顯示LCD1602，驅(qū)動(dòng)模塊的場(chǎng)效應(yīng)管，以及輸入模塊按鍵組合的介紹，并且對(duì)它們的連接做了介紹，對(duì)輸入模塊電路和顯示模塊電路做了概述和分析。同時(shí)說(shuō)明了單片機(jī)的最小的工作系統(tǒng)。通過(guò)硬件方面的設(shè)計(jì)，可以對(duì)本次設(shè)計(jì)的整體的概況做了詳細(xì)地說(shuō)明。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）114 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序主程序的功能主要是負(fù)責(zé)接收按鍵鍵盤(pán)輸入的數(shù)值，將其顯示在顯示模塊當(dāng)中，最后通過(guò)數(shù)值來(lái)進(jìn)行生成方波信號(hào)來(lái)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。主程序流程圖如圖 4-1 所示。圖 4-1 主程序流程圖4.2 按鍵子程序按鍵子程序主要的功能是：輸入 X、Y、Z 的數(shù)值，以“加”或“減”的方式來(lái)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值，其中，還有功能鍵“開(kāi)始” 、 “暫?！?、 “原點(diǎn)”按鍵。按鍵子程序流程圖如圖 4-2 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）12圖 4-2 按鍵子程序流程圖4.3 液晶 LCD1602 顯示子程序液晶 LCD1602 顯示子程序主要功能是：顯示初始字幕，實(shí)時(shí)顯示輸入設(shè)定的數(shù)值，顯示電機(jī)運(yùn)行。液晶 LCD1602 顯示子程序流程圖如圖 4-3 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）13圖 4-3 液晶 LCD1602 顯示子程序流程圖4.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序主要功能是：利用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的方波脈沖進(jìn)行電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，電機(jī)根據(jù)輸入值進(jìn)行“正轉(zhuǎn)”還是“反轉(zhuǎn)“，然后從 X 軸電機(jī)開(kāi)始到 Y 軸電機(jī)再到 Z 軸電機(jī)這樣一次轉(zhuǎn)動(dòng)，最終達(dá)到設(shè)定目標(biāo)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)子程序流程圖如圖 4-3 所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）14圖 4-4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程圖2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）154.5 本章小結(jié)本章主要是對(duì)本次設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)做了進(jìn)一步的介紹，包括主程序設(shè)計(jì)流程圖，按鍵子程序流程圖，液晶顯示 LCD1602 子程序流程圖，驅(qū)動(dòng)電路子程序流程圖進(jìn)行介紹和展示。其中按鍵子程序主要是進(jìn)行數(shù)值的輸入和一些功能鍵。程序流程圖的設(shè)計(jì)提出了程序編寫(xiě)的具體的方法和方向。不僅對(duì)三維雕刻機(jī)輸入模塊進(jìn)和顯示模塊的程序編寫(xiě)起作用，而且對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的程序也做出了相應(yīng)的編寫(xiě)。5 聯(lián)調(diào)與測(cè)試5.1 硬件調(diào)試本設(shè)計(jì)是有五個(gè)模塊，其中輸入模塊、顯示模塊和控制模塊集合在一個(gè)平板上。布局分布為 LCD1602 顯示模塊在左上方位置，按鍵模塊部分在左下方位置，控制模塊位于中部。其中，還有一個(gè)三節(jié)電池盒在右邊中部。如 5-1 圖所示。圖 5-1 輸入、顯示、控制模塊硬件圖（正反面）驅(qū)動(dòng)模塊是有 12 個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組合而成，其中四個(gè)為一組，共三組，分別為三個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路在工作時(shí)，主要是把單片機(jī)的高低電平轉(zhuǎn)化為可用的方波信號(hào)，進(jìn)而使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。如 5-1 圖所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）16圖 5-2 驅(qū)動(dòng)模塊硬件圖（正反面）執(zhí)行模塊是有三個(gè)步進(jìn)電機(jī)組合而成，如 5-3 圖所示。圖 5-3 執(zhí)行模塊步進(jìn)電機(jī)硬件圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體硬件，如 5-4 圖所示。圖 5-4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體硬件圖5.2 軟件調(diào)試Proteus 軟件給我提供了一個(gè)非常實(shí)用的仿真平臺(tái)，但由于 Proteus 的庫(kù)中沒(méi)有我所需要的步進(jìn)電機(jī)，所以我可以利用發(fā)光二極管代替步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部線(xiàn)圈。這樣一來(lái)的話(huà)，就可以更加直觀的看到仿真的效果。如 5-5 和 5-6 圖所示。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）17RSWERSWEP1.3P1.5P1.7P1.4P1.6P3.0P3.1P3.2P3.P1.3.4P1.5.6P1.7 P3.0.1P3.2.P3.4.5P3.6.7P2.0.1P23P2.4.5P2.6.7 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.P2.1P2.0P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C52D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1ESACK-8X1 X0 KSY1 Y0 ZTZ1 Z0 YDD1LED-GRENR130 2LED-GRENR230 3LED-GRENR30 4LED-GRENR430 D5LED-REDR530 6LED-REDR630 7LED-REDR730 8LED-REDR830 D9LED-YELOWR930 10LED-YELOWR130 1LED-YELOWR130 12LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nFC21nF C31nFR1310k圖 5-5 系統(tǒng)仿真初始顯示圖RSWERSWEP1.3P1.5P1.7P1.4P1.6P3.0P3.1P3.2P3.P1.3.4P1.5.6P1.7 P3.0.1P3.2.P3.4.5P3.6.7P2.0.1P23P2.4.5P2.6.7 P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.P2.1P2.0P3.4P3.5P3.6P3.7XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C52D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1ESACK-8X1 X0 KSY1 Y0 ZTZ1 Z0 YDD1LED-GRENR130 2LED-GRENR230 3LED-GRENR30 4LED-GRENR430 D5LED-REDR530 6LED-REDR630 7LED-REDR730 8LED-REDR830 D9LED-YELOWR930 10LED-YELOWR130 1LED-YELOWR130 12LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nFC21nF C31nFR1310k圖 5-6 系統(tǒng)仿真效果圖5.3 本章小結(jié)本章首先對(duì)硬件電路做了部分介紹和圖片展示，同時(shí)，每個(gè)模塊都有自己的特點(diǎn)2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）18和功能。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的電路來(lái)看硬件電路搭建的也相當(dāng)可以，也有相應(yīng)圖片展示。對(duì)于系統(tǒng)軟件調(diào)試這塊主要是利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真，在仿真的過(guò)程中我們可以從初始狀態(tài)到運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)變化，同時(shí)可以精確的知道自己的設(shè)計(jì)方法和思路是否正確，當(dāng)然，正確的硬件電路搭建需要和系統(tǒng)仿真結(jié)合調(diào)試，這樣一來(lái)的話(huà)，系統(tǒng)的實(shí)踐性就更加完美了。2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）19致謝時(shí)間一轉(zhuǎn)眼就過(guò)去四個(gè)月了，我也終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)做好了和論文寫(xiě)完了，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中和論文的寫(xiě)作過(guò)程中我遇到了很多的困難，很多挫折。多虧了同學(xué)和老師的幫助。尤其要感謝一下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師尹靜老師，她對(duì)我進(jìn)行的指導(dǎo)非常細(xì)心和有耐性?？匆?jiàn)我寫(xiě)的論文會(huì)慢慢的的標(biāo)注慢慢的和我說(shuō)其中的問(wèn)題所在，在修改的過(guò)程中多次請(qǐng)教老師，老師每次都有很有耐性的和我說(shuō)明其中的原因。同時(shí)特別感謝張濤濤和馬定建兩位同學(xué)，在我程序編寫(xiě)的時(shí)候給予我很重要的指點(diǎn)。在請(qǐng)教老師和同學(xué)的情況下，我還經(jīng)常去圖書(shū)館查找一些相關(guān)的資料。當(dāng)然，在查找資料的過(guò)程中免不了要尋求圖書(shū)館老師的幫助，同時(shí)也要感謝學(xué)校給我提供這么充足的圖書(shū)資源。對(duì)于文獻(xiàn)里的那些作者我也是非常感謝的，有了他們?cè)谥暗奈恼落亯|，使我在寫(xiě)論文更加有了方向感。臨近畢業(yè)，大家都在忙著工作，考研復(fù)試，公務(wù)員考試和各類(lèi)事業(yè)單位的考試。同學(xué)們都在忙碌著，對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的感情還是有有著特殊的感覺(jué)，應(yīng)該是大學(xué)四年在本專(zhuān)業(yè)內(nèi)做的做厲害的事情了。當(dāng)然，和專(zhuān)業(yè)精英比起來(lái)我們撰寫(xiě)的論文可能不算什么，但是對(duì)于我們自己而言，此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一段不可磨滅的回憶。作者：張守祥2015 年 4 月 28 日2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）20參考文獻(xiàn)2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）21附錄 A：系統(tǒng)仿真模擬圖RSRWERSRWEP1.3 P1.5 P1.7P1.4 P1.6 P3.0P3.1 P3.2 P3.P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.P3.4P3.5P3.6P3.7P2.0P2.1P2.P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2. P2.1 P2.0 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7XTAL218XTAL119 ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.0/T21P1./T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1 AT89C52D7 14D6 13D5 12D4 1D3 10D2 9D1 8D0 7E6RW5RS 4VS 1VD2VE 3LCD1LM016L234567891RP1RESPACK-8X1X0KSY1Y0ZTZ1Z0YDD1 LED-GRENR1302 LED-GRENR2303 LED-GRENR304 LED-GRENR430D5 LED-REDR5306 LED-REDR6307 LED-REDR7308 LED-REDR830D9 LED-YELOWR93010 LED-YELOWR10301 LED-YELOWR13012 LED-YELOWR1230X1CRYSTALC11nF C21nFC31nFR1310k2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1附錄 B：系統(tǒng)源程序